ArduLearn

Manuale
del docente

Dalla prima accensione alla lezione in laboratorio:
configurazione, linguaggi, esercizi e limiti

appunti pratici per chi insegna automazione ✎

Ideato e realizzato da
Daniele Michelotti · daniele.michelotti@gmail.com

github.com/danielemichelotti/ArduLearn
versione 2.2 · settembre 2026

1Che cos'è ArduLearn

Un PLC da laboratorio, costruito su una scheda Arduino, che si programma dal browser.

Un PLC (controllore logico programmabile) è il "cervello" delle macchine automatiche: legge pulsanti e sensori, decide cosa fare secondo un programma e comanda lampade, motori, valvole. In azienda si programma con software dedicati e linguaggi standard.

ArduLearn trasforma una scheda Arduino in un piccolo PLC didattico: gli studenti scrivono il programma in una pagina web, con gli stessi linguaggi dell'industria, lo caricano sulla scheda e lo vedono funzionare dal vivo, con i collegamenti che si colorano quando sono attivi.

Cosa si può insegnare

• Logica combinatoria: AND, OR, NOT, XOR con pulsanti e lampade.
• Memorie e autoritenuta: il classico marcia/arresto di un motore.
• Temporizzatori e contatori: luce delle scale, contapezzi, lampeggi.
• Sequenze: semafori, carrelli, macchine a fasi con il GRAFCET.
• Grandezze analogiche: potenziometri, temperature, soglie con isteresi, regolazione PWM.
• Programmazione testuale (facoltativa): testo strutturato ST e piccole funzioni in C.

Cosa serve

Come è fatto il sistema

La scheda contiene sia il PLC sia un piccolo sito web: la pagina di ArduLearn. Chi apre l'indirizzo della scheda trova l'editor, scrive o modifica il programma e, se ha il PIN del docente, lo carica. Da quel momento la scheda lavora da sola: anche se si chiude il browser o si spegne il PC, il programma continua a girare, e resta in memoria anche togliendo l'alimentazione.

2Le due schede

Il programma e la pagina sono gli stessi: cambiano il collegamento alla rete e il numero di pin.

Arduino UNO R4 WiFi

Si collega al Wi-Fi della scuola, senza schede aggiuntive. Ha a bordo una matrice di 12×8 LED rossi che mostra l'indirizzo della scheda e, se il programma lo chiede, numeri, scritte e icone. Si aggiorna dalla pagina, anche da Internet.

Arduino Mega 2560 + shield Ethernet PoE

Si collega con il cavo di rete (e, con uno switch PoE, prende anche l'alimentazione dal cavo). Ha molti più pin, adatti a impianti grandi. I programmi si conservano sulla microSD della shield.

Confronto rapido

Pin riservati

Alcuni pin sono già usati dalla scheda stessa e nella pagina compaiono bloccati, con il motivo scritto accanto:

• Mega: D0 e D1 (collegamento USB), D4 (microSD), D10 (rete), D20 e D21 (display e orologio), D50–D53 (rete e microSD).
• UNO R4 WiFi: solo A4 e A5 (display e orologio). D13 è collegato al LED "L" della scheda: comodo per le prime prove.
• Un display LCD collegato in parallelo occupa altri 6 pin (quelli scelti nelle Impostazioni).

3L'app ArduLearn per Windows

Il programma da installare una sola volta sul PC del docente: prepara le schede, le trova in rete, fa diagnosi.

L'app si scarica da GitHub ed è un singolo file, ArduLearn.exe, che non richiede installazione: basta avviarlo.

github.com/danielemichelotti/ArduLearn/releases/latest/download/ArduLearn.exe

L'app ha quattro schede in alto: Trova le schede, Carica il firmware, Monitor seriale e Guida.

Carica il firmware

1. 1Porta USB: la porta a cui è collegata la scheda (la lista si aggiorna da sola).
2. 2Scheda: si imposta da sola riconoscendo la scheda; va scelta a mano solo per le schede compatibili non originali.
3. 3Firmware incluso: le versioni che l'app installerà.
4. 4Carica il firmware: installa ArduLearn. Per la UNO R4 WiFi prepara prima anche il modulo Wi-Fi (fino a un minuto).

I programmi salvati sulla scheda non vengono cancellati da un nuovo caricamento del firmware. Durante il caricamento non scollegare il cavo e non chiudere l'app.

Trova le schede

1. 1Apri nel browser: apre la pagina della scheda selezionata (anche con doppio clic).
2. 2Prepara la microSD / Aggiorna la pagina: copia la pagina web sulla microSD della Mega (o nella memoria della UNO R4). Chiede il PIN del docente.
3. 3Cerca di nuovo: ripete subito la ricerca.

Le colonne mostrano nome, indirizzo, tipo di scheda, rete, stato (RUN/STOP), nome del programma e se la pagina è aggiornata o da aggiornare. Se non compare nulla, l'app stessa elenca le cause più probabili (stessa rete, firewall, reti che isolano i dispositivi).

Monitor seriale

Serve per la diagnosi: scegli la porta (1), premi Connetti (2) e usa i pulsanti a destra. I più utili sono info (nome, indirizzo, programma), run / stop e soprattutto pin reset, che riporta il PIN del docente a 1234. Per la Mega ci sono anche le impostazioni di IP fisso e indirizzo MAC; per la UNO R4 i comandi wifi (stato della rete) e wifi clear (dimentica la rete Wi-Fi salvata). L'elenco completo è in Appendice.

Guida

La quarta scheda contiene un riassunto di queste istruzioni, sempre a portata di mano anche senza il manuale.

4Prima configurazione, passo passo

Da scheda nuova a scheda pronta per la lezione: circa dieci minuti, una volta sola.

4.1 Installare ArduLearn sulla scheda

4.2 UNO R4 WiFi: collegarla al Wi-Fi della scuola

Una scheda appena installata non conosce ancora nessuna rete Wi-Fi. Allora crea una sua rete, chiamata ArduLearn-xxxx (le ultime quattro lettere cambiano da scheda a scheda), con password ardulearn. La si usa solo per la configurazione.

Il nome in rete della scheda è del tipo ardulearn-2b28: sui PC che lo supportano la pagina si apre anche con http://ardulearn-2b28.local, comodo perché non cambia anche se cambia l'indirizzo numerico.

4.3 Mega: rete via cavo e microSD

4.4 Le prime impostazioni (da fare subito)

1. 1Accesso docente: premi Accedi, scrivi 1234 e poi cambia il PIN (da 4 a 8 caratteri). Finché resta 1234 la pagina te lo ricorda.
2. 2Scheda: indirizzo, rete, versione. In Nome in rete puoi dare un nome facile, diverso per ogni scheda (es. banco1, banco2): la pagina diventa http://banco1.local.
3. 3Rete Wi-Fi (solo UNO R4): rete collegata e intensità del segnale; si cambia qui.
4. 4Aggiornamento del firmware (solo UNO R4): versioni installate e aggiornamenti disponibili (capitolo 16).
5. 5Display OLED e LCD: tipo e indirizzo del display, pulsante per cercarli. Più sotto: Orologio (modulo RTC), Aspetto (tema chiaro/scuro).

5La pagina di ArduLearn

Un giro guidato dell'editor: cosa c'è, cosa fa il docente, cosa possono fare gli studenti.

1. 1Indirizzo della scheda. Il pallino a sinistra è verde se la scheda risponde.
2. 2Schede: Programma, Pin e variabili, Immagini, Progetti, Impostazioni.
3. 3Stato: ● RUN (in esecuzione), ■ STOP, nessun programma. Accanto il pulsante ■ Ferma / ▶ Avvia.
4. 4Carica sulla scheda: invia il programma. Lampeggia quando il disegno è diverso da quello sulla scheda.
5. 5🔒 Docente: accesso con il PIN (lucchetto aperto = accesso attivo; un clic lo chiude).
6. 6Colonna dei blocchi (o degli elementi LADDER) con la casella di ricerca.
7. 7Barra degli strumenti: nuovo progetto, variabili, annulla/ripeti, duplica, elimina, nota, zoom, "valori in tempo reale".
8. 8Foglio di lavoro con il programma.
9. 9Pannello delle proprietà: nome del progetto (cliccalo per cambiarlo) o proprietà dell'oggetto selezionato; se non selezioni nulla, un promemoria "Come si usa".
10. 10Barra di stato: blocchi usati su 96, "✓ uguale alla scheda" o "● modifiche non ancora caricate", durata del ciclo, memoria libera, display collegati.
11. 11Anteprima della matrice LED (solo UNO R4 WiFi).

Docente e studenti

Chiunque apra la pagina può guardare, modificare e provare. Alcune operazioni però cambiano la scheda per tutti e richiedono il PIN del docente:

"Segui il docente"

Quando il docente ha fatto l'accesso, ogni sua modifica al progetto viene salvata sulla scheda come bozza condivisa (circa un secondo dopo). Gli studenti con la casella 👁 Segui il docente attiva (lo è di serie) vedono comparire le modifiche in tempo reale sul proprio schermo: la lezione alla lavagna diventa condivisa. Se uno studente ha fatto anche lui delle modifiche, la pagina chiede se mostrare quello del docente o tenere il proprio.

Sulla Mega la bozza condivisa richiede la microSD.

Il lavoro non si perde

• Il browser ricorda le modifiche non ancora caricate: riaprendo la pagina compare "Ho ripreso le modifiche che non avevi ancora caricato sulla scheda".
• Se qualcun altro carica un programma diverso, la pagina avvisa e fa scegliere se aprire quello della scheda o tenere il proprio.
• Per conservare un lavoro a lungo: Progetti → Scarica file (un file sul PC) oppure salvalo in uno slot della scheda (capitolo 15).

Caricare, avviare, fermare

6Come ragiona un PLC

Quattro idee da spiegare prima di qualsiasi linguaggio.

Il ciclo di scansione

Il PLC non "aspetta" gli eventi: ripete in continuazione lo stesso giro. Legge tutti gli ingressi, calcola il programma dall'inizio alla fine, aggiorna le uscite e ricomincia. Un giro si chiama ciclo e la sua durata compare nella barra di stato ("ciclo 0.18 ms"): in un programma normale meno di un millisecondo.

Segnali: 0 e 1, e i numeri

• Un segnale digitale vale 1 (acceso, vero, 5 volt) oppure 0 (spento, falso). Nella pagina i fili che valgono 1 diventano verdi.
• Un valore analogico è un numero: un ingresso analogico va da 0 (0 V) a 1023 (5 V); un'uscita PWM da 0 a 255.
• ArduLearn lavora con numeri interi. Per i decimali si usano i decimi: 235 significa 23,5 °C (e sui display si scrive {1.1} per vedere "23.5").
• Ogni numero diverso da 0 vale "vero" quando entra in un blocco logico.

Il tempo si conta in millisecondi

Tutti i tempi sono in millisecondi: 1000 = 1 secondo, 5000 = 5 secondi, 60000 = 1 minuto. In LADDER e GRAFCET si può scrivere anche nel formato dei PLC industriali: T#5S, T#500MS, T#1M30S.

Il fronte: un attimo lungo un ciclo

Molte cose devono succedere nell'istante in cui un segnale cambia, non per tutto il tempo in cui resta acceso: contare una pressione, far avanzare una sequenza. Il fronte di salita è un impulso che dura un solo ciclo quando il segnale passa da 0 a 1 (quello di discesa, da 1 a 0). È troppo breve per vederlo a occhio, ma è quello che fa contare 1 anche se il pulsante resta premuto a lungo.

✎ Esperimento da fare in classe: collega un pulsante a un contatore, prima direttamente e poi attraverso un fronte. Tenendo premuto... cosa cambia?

7Pin e variabili

Dire alla scheda cosa è collegato a ogni pin, e dare un nome a ingressi, uscite e memorie.

La configurazione dei pin fa parte del progetto e viene inviata con "Carica sulla scheda". Di solito non serve toccarla: quando in un blocco scegli un pin libero, la pagina lo configura da sola (e te lo dice con un messaggio).

I modi di un pin

Il pull-up e "Inverti"

Nomi e indirizzi

Ogni pin usato può avere un nome (es. Marcia, Motore): solo lettere, cifre e "_", senza spazi, iniziando con una lettera. I nomi compaiono nei blocchi e sono gli operandi del LADDER.

Nei progetti LADDER e GRAFCET ogni pin riceve anche un indirizzo in stile industriale, assegnato in ordine di pin:

La Tabella degli ingressi, delle uscite e delle variabili (come la tabella dei tag di TIA Portal) riassume nome, tipo, indirizzo, pin e valore dal vivo. Nei progetti LADDER e GRAFCET, sotto, si aggiungono i merker con + Bool (%M) e + Int (%MW). Scrivendo in LADDER un nome nuovo, il merker viene creato da solo.

Provare le uscite a mano

Il pulsante Prova uscita sotto un'uscita accende e spegne il pin a mano: utilissimo per controllare i collegamenti prima di scrivere il programma. Funziona solo se la configurazione dei pin è già sulla scheda e se quell'uscita non è comandata dal programma in esecuzione (altrimenti prima premi Ferma).

Sulla Mega i pin riservati (rete, microSD, display) compaiono bloccati, con il motivo scritto accanto.

8Programmare a blocchi (FBD)

Blocchi collegati da fili, come uno schema funzionale: il modo più intuitivo per cominciare.

La logica

Usare l'editor

Il pannello virtuale

Tre blocchi esistono solo nella pagina e permettono di provare un programma senza cablare niente:

• Interruttore virtuale: si clicca sul blocco. Tipo "Interruttore (resta)" oppure "Pulsante (finché premuto)".
• Cursore virtuale: si trascina; dà un numero fra Minimo e Massimo.
• Indicatore: mostra un valore come numero, lampada o barra.

Funzionano quando il programma è caricato e non ci sono modifiche in sospeso. Anche gli studenti senza PIN possono usarli: attenzione, agiscono davvero sulla scheda.

Catalogo dei blocchi

Numeri fra parentesi = valori proposti. Tutti i blocchi hanno una guida completa con il tasto destro.

Ingressi e uscite

Pannello (nella pagina)

Logica

Tempo e conteggio

Numeri e confronti

Display, sequenze e script

I blocchi dei moduli (sensori e attuatori) sono nel capitolo 13.

9Programmare in LADDER

Il linguaggio a contatti, nello stile di Siemens TIA Portal: il programma si disegna come uno schema elettrico.

La logica: la corrente scorre da sinistra a destra

L'autoritenuta: il circuito da conoscere

L'editor LADDER

1. 1Elementi: contatti NA, NC, fronti P e N, NOT, bobine normale, negata, S e R.
2. 2Box…: temporizzatori, contatori, confronti, calcoli, display, moduli.
3. Più a destra: ↳ Apri ramo e ↰ Chiudi ramo per i collegamenti in parallelo.
4. 4Righe, colonne e segmenti: aggiungi, togli, sposta.
5. A destra, controllo online: colori dal vivo (verde pieno = passa corrente; blu tratteggiato = non passa).

Elementi e box

Operandi

10Programmare in GRAFCET

Per le macchine che lavorano a fasi: una tappa dopo l'altra, si avanza quando succede qualcosa.

La logica

L'editor GRAFCET

Scrivere la recettività

In alternativa, in Recettività scritta come si può scegliere Segmento LADDER: la condizione è vera quando la corrente arriva in fondo a destra del segmento.

Le azioni delle tappe

Scelte e rami simultanei

Sicurezze ed emergenza

Nel pannello del grafico (senza nulla selezionato) c'è la Condizione di reinizializzazione: quando è vera (es. Emergenza) tutte le tappe si spengono e si torna alla situazione iniziale. Nella vista LADDER del progetto si possono aggiungere segmenti di sicurezza che leggono lo stato delle tappe (X1, X2…) e, per esempio, resettano le uscite con l'emergenza: così fa l'esempio "Carrello avanti e indietro (GRAFCET)".

11Script ST e funzioni C

Per calcoli, cicli e scelte fra molti casi: un piccolo programma a testo dentro un blocco.

Gli script sono un'estensione facoltativa, utile nelle classi che studiano già la programmazione. Il blocco Script ST (testo strutturato, il linguaggio testuale dei PLC) e il blocco Script C (una funzione nello stile di Arduino) si usano nei progetti a blocchi; in LADDER c'è il box SCL.

Script ST

(* somma da 1 a N *)
somma := 0;
FOR i := 1 TO IN1 DO
  somma := somma + i;
END_FOR;
OUT1 := somma;
OUT2 := IN1;

Funzioni C

• Si scrive una funzione: i parametri normali sono gli ingressi (fino a 8), il valore restituito e i parametri con & sono le uscite (fino a 4).
• Le variabili normali ripartono a ogni ciclo; quelle static ricordano il valore.
• Si possono usare if/else, switch, for, while, e funzioni come min max abs constrain map millis.
• Non si possono usare digitalRead, delay, Serial, numeri con la virgola, array o stringhe: ingressi e uscite passano sempre dai fili del blocco. La pagina spiega l'errore se li si scrive.
• Le funzioni del progetto compaiono nella colonna "Funzioni C del progetto" e si possono riusare in più blocchi.

12Display, matrice LED e immagini

Far "parlare" l'impianto: messaggi, valori, icone e animazioni.

I display che si possono collegare

I display sono facoltativi e si possono collegare anche a scheda accesa: la scheda li cerca ogni 3 secondi. Se nessun blocco scrive sul display, la scheda mostra da sola nome, indirizzo e stato: comodo per sapere l'indirizzo senza PC. In Impostazioni il pulsante Cerca dispositivi I²C dice cosa è collegato.

Scrivere testi e valori

I blocchi Scritta su OLED e Scritta su LCD (in LADDER i box OLED e LCD, in GRAFCET l'azione MSG) scrivono un messaggio di massimo 40 caratteri in una riga e colonna, quando EN vale 1. Nel testo i segnaposto vengono sostituiti dai valori dei fili V1 e V2:

L'effetto può essere Lampeggia o Scorre (se il testo è più lungo della riga). Con il blocco Pagine display si preparano fino a 16 schermate diverse e si sfogliano con dei pulsanti: ogni scritta ha l'ingresso PAGINA che dice in quale schermata compare.

La matrice LED della UNO R4 WiFi

Disegnare immagini e animazioni

1. 1Nuova, Nuova 12×8 (matrice), Icone pronte (lampadina, ventola, termometro, allarme, frecce, motore…).
2. 2Strumenti: matita, gomma, riempi, linea, rettangolo, testo, inverti, specchia, sposta, Importa foto….
3. 3Il disegno: tasto sinistro disegna, tasto destro cancella.
4. 4Fotogrammi: con più fotogrammi l'immagine diventa un'animazione (con la velocità in ms).

Le immagini fanno parte del progetto e occupano spazio nel programma (la pagina dice quanti byte). Si mostrano con i blocchi Immagine su OLED e Immagine su matrice LED.

13Moduli: sensori e attuatori

Blocchi pronti per i componenti più usati nei laboratori, senza scrivere codice.

I blocchi dei moduli sono nella categoria Moduli (sensori e attuatori) della colonna di sinistra (in LADDER, nel menu Box…). Scegliendo i pin nel blocco, la pagina li riserva al modulo.

14Collegamenti elettrici

Schemi semplici per il banco di lavoro, e le regole per non rovinare le schede (e nessuno si faccia male).

Valori utili

15Salvare e organizzare i programmi

Il programma in esecuzione, i programmi salvati sulla scheda, i file sul PC e gli esempi.

1. 1Progetto corrente: il nome (si cambia anche cliccando il titolo nell'editor), Nuovo, Scarica file (salva un file .plcb sul PC), Apri file…. Sotto: blocchi, pin usati e spazio occupato ("572 byte su 7680 disponibili").
2. 2Programma nella memoria della scheda: quello che la scheda esegue, anche dopo lo spegnimento. Apri nell'editor lo riporta nell'editor; Elimina lo cancella (la scheda si ferma).
3. 3Programmi salvati sulla scheda: fino a 99 posti (slot). Per ogni slot: Apri nell'editor, Carica sulla scheda, Rinomina, Sovrascrivi, Elimina. In fondo si salva il progetto dell'editor nello slot scelto.

• Salvare in uno slot, rinominarlo ed eliminarlo richiede il PIN del docente; aprire uno slot nell'editor no.
• 🧹 Svuota… cancella definitivamente tutti gli slot e la bozza condivisa.
• Sulla Mega gli slot sono sulla microSD: senza microSD non ci sono slot. Si può anche fare una copia di riserva del programma nella memoria interna (EEPROM), usata se la microSD manca.
• I file .plcb si aprono su qualsiasi scheda ArduLearn. Un progetto scritto per la Mega aperto sulla UNO R4 viene adattato ai pin disponibili (la pagina avvisa di controllarli).

Gli esempi

In fondo alla scheda Progetti ci sono esempi pronti in tutti i linguaggi: Primo programma, Marcia / arresto, Luce delle scale, Termostato, Contapezzi, Dimmer PWM, Semaforo a passi, Somma con ciclo FOR (ST), Media e allarme (C), Carrello avanti e indietro e Semaforo con tempi di tappa (GRAFCET), e le versioni LADDER di marcia/arresto, luce delle scale, lampeggio con due timer, contapezzi con display. Si aprono con Apri nell'editor; poi basta "Carica sulla scheda". Molti funzionano anche senza collegare nulla, con i pulsanti virtuali.

16Aggiornamenti

ArduLearn migliora nel tempo: ecco come portare le schede all'ultima versione.

UNO R4 WiFi: dalla pagina

Mega 2560: con l'app

La Mega si aggiorna con l'app: scarica l'ultima versione di ArduLearn.exe da GitHub, collega la scheda via USB e usa Carica il firmware; poi Trova le schede → Prepara la microSD / Aggiorna la pagina per la pagina. Anche la UNO R4 WiFi si può aggiornare così. I programmi salvati restano.

17Esercizi guidati

Sette esercitazioni, dalla più semplice alla più complessa. Ognuna ha la soluzione pronta negli Esempi della pagina.

Ogni esercizio indica l'obiettivo, cosa collegare (tutti si possono fare anche solo con i comandi virtuali), la soluzione commentata e qualche variante per differenziare. Le soluzioni si aprono da Progetti → Esempi: si può far lavorare la classe da zero e mostrare la soluzione alla fine, oppure partire dall'esempio e chiedere le varianti.

18Limiti del prodotto

ArduLearn è uno strumento didattico: ecco cosa non fa, per scegliere gli esercizi giusti.

19Problemi e soluzioni

Le situazioni più frequenti in laboratorio, e cosa fare.

AAppendice

Comandi del monitor seriale, glossario e contatti.

Comandi del monitor seriale (115200 baud)

Glossario